Vliv metadonu na ischemickou toleranci srdce laboratorního potkana

Přírodovědecká fakulta Univerzity Karlovy v Praze Katedra fyziologie živočichů Fyziologický ústav Akademie věd České republiky Oddělení vývojové kardiologie Vliv metadonu na ischemickou toleranci srdce laboratorního potkana The effect of methadone on cardiac ischemic tolerance in rats Linda Mošovská Diplomová práce Vedoucí diplomové práce: RNDr. Jan Neckář Ph.D. Praha, 2013

Prohlášení: Prohlašuji, že jsem závěrečnou práci zpracovala samostatně a že jsem uvedla všechny použité informační zdroje a literaturu. Tato práce ani její podstatná část nebyla předložena k získání jiného nebo stejného akademického titulu. V Praze, 6.8.2013 Linda Mošovská 2

Na tomto místě bych chtěla poděkovat především mému školiteli RNDr. Janu Neckářovi Ph.D. za pomoc při praktických pokusech, trpělivost, pevné nervy a cenné rady při sepisování této diplomové práce. Dále celému Oddělení vývojové kardiologie FgÚ AV ČR, kde pokusy probíhaly. Tato práce vznikla za podpory Grantové agentury Akademie věd (IAA501110901). 3

Abstrakt Opioidy jsou vnímány jako nebezpečné návykové látky, které se v medicíně hojně využívají pro své silné analgetické účinky. Opioidy (mezi něž patří morfin a metadon) nicméně mohou hrát významnou roli také v odolnosti srdce k ischemii, a to tak, že snižují míru buněčného poškození. Tento protektivní účinek byl dosud dobře prozkoumán u morfinu, o vlivu metadonu na myokard však není známo téměř nic. Hlavním cílem této diplomové práce proto bylo zjistit, jak ovlivní chronické podávání metadonu ischemickou toleranci srdce laboratorního potkana. Naše experimenty jsme prováděli s potkany kmene Wistar ve dvou sériích. V první sérii jsme aplikovali morfin (10 mg/kg/den, intramuskulárně - i.m.) nebo metadon (2 mg/kg/den, i.m.) po dobu 10 dnů. V druhé sérii pokusů jsme aplikovali metadon po dobu 28 dnů (2 mg/kg/den, i.m.). Pro analýzu ischemické tolerance srdce jsme použili metodu izolovaného perfundovaného srdce. Výskyt a závažnost ischemických a reperfuzních arytmií byl analyzován v průběhu 50 min ischemie a na počátku reperfuze. Velikost infarktu byla analyzována histochemicky, za použití tetrazoliových solí a KMnO 4 po 1 h reperfuze a byla stanovena planimetricky. V první sérii experimentů analyzujících vliv 10 denního podávání obou opioidů na odolnost srdce k ischemii jsme neprokázali významný účinek morfinu ani metadonu jak na ischemické a reperfuzní arytmie, tak na velikost infarktu. V druhé sérii pokusů nedošlo k významné změně ve výskytu a závažnosti ischemických arytmií u srdcí potkanů v důsledku 28 denního podávání metadonu. Další parametry jsme nemohli porovnat z důvodu vysokého výskytu komorových fibrilací v počátku reperfuze. Z dosažených výsledků lze usuzovat, že chronické podávání vysoké dávky metadonu nemá zásadní vliv na ischemickou toleranci srdce potkana. Klíčová slova: metadon, srdce, ischemie-reperfuze, velikost infarktu, arytmie. 4

Abstract Opioids are considered as a dangerous addictive substances which are widely used in medicine for their strong analgetic effects. Opioids (such as morphine and methadon) may nevertheless play an important role in the resistance of the heart to ischemia by reducing the rate of cell damage. This protective effect is well understood about morphine but we don t know almost nothing about effects of methadone on the myocardium. The main aim of this thesis was to find out how chronic methadone treatment affects ischemic tolerance of rat hearts. For our experiments we used Wistar rats in two series. In the first series we administered morphine (10 mg/kg/day, i.m.) or methadone (2 mg/kg/day, i.m.) for 10 days. In the second experiment series we administered methadon for 28 days (2 mg/kg/day, i.m.). For analysis of the ischemic heart tolerance we used the isolated perfused heart method. Incidence and severity of ischemia and reperfusion arrhythmias were analyzed during the 50 min of ischemia and early reperfusion. Infarct size was analyzed histochemically, using tetrazolium salts and KMnO 4 1 h after reperfusion and was determined by planimetric method. In the first series of experiments analyzing the effect of 10-day administration of both opioids on the resistance of the heart to ischemia we did not find a significant effect of morphine and methadon on ischemic and reperfusion arrhythmias and the infarct size. In the second series of experiments, there was no significant change in the incidence and severity of ischemic arrhythmias in the rat heart due to the 28-day administration of methadone. Other parameters we could not compare because of the high incidence of ventricular fibrillation in the early reperfusion. The results suggest that chronic administration of high doses of methadone has no significant effect on ischemic tolerance of rat heart. Key words: methadone, heart, ischemia-reperfusion, infarct size, arrhythmias. 5

Obsah Seznam zkratek 8 1. Úvod 10 2. Literární přehled...11 2.1. Opioidy. 11 2.2. Ischemie myokardu...13 2.2.1. Metabolizmus srdce v průběhu ischemie. 13 2.2.2. Strukturální a funkční projevy ischemie...16 2.2.2.1. Buněčné poškození...16 2.2.2.2. Ischemické arytmie..17 2.3. Reperfuze myokardu... 18 2.3.1. Reperfuzní arytmie..20 2.3.2. Stunning.21 2.3.3. Volné kyslíkové radikály (ROS). 21 2.4. Kardioprotektivní fenomény. 22 2.4.1. Ischemický preconditioning....23 2.4.2. Postconditioning...25 2.4.3. Chronická hypoxie...25 2.4.4. Kardioprotektivní působení ipioidů....27 2.4.4.1. Opioidy indukovaný preconditioning (OPC).27 2.4.4.2. Opioidy indukovaný postconditioning 31 2.4.4.3. Opioidy v chronické hypoxii 31 2.4.4.4. Dlouhodobé podávání opioidů...32 2.4.4.5. Metadon v kardioprotekci 34 3. Cíle diplomové práce..35 4. Materiál a metody.36 4.1. Experimentální skupiny.36 4.2. Metoda izolovaného perfundovaného srdce.36 4.2.1. Přípravná fáze pokusu 37 4.2.2. Průběh experimentu 39 4.2.3. Experimentální protokol..41 6

4.2.4. Měření EKG a krevního tlaku. 41 4.2.5. Stanovení velikosti infarktu. 41 4.2.6. Vyhodnocení experimentálně získaných dat...43 4.2.6.1. Vyhodnocení ischemických a reperfuzních arytmií 43 4.2.6.2. Hodnocení velikosti infarktu... 45 4.3. Statistické hodnocení naměřených dat..47 5. Výsledky.48 5.1. Série I 10ti denní podávání opioidů.48 5.1.1. Ischemické a reperfuzní arytmie...50 5.1.1.1. Ischemické arytmie..50 5.1.1.2. Reperfuzní arytmie..55 5.1.2. Velikost infarktu...59 5.2. Série II 28mi denní podávání metadonu....61 5.2.1. Ischemické a reperfuzní arytmie....62 5.2.1.1. Ischemické arytmie.. 63 5.2.1.2. Reperfuzní arytmie....67 5.2.2. Velikost infarktu...71 5.3. Kontroly...73 5.3.1. Ischemické a reperfuzní arytmie...74 5.3.1.1. Ischemické arytmie..74 5.3.1.2. Reperfuzní arytmie..78 5.3.2. Velikost infarktu 82 6. Diskuze...84 6.1. Shrnutí výsledků.84 6.2. Protektivní úloha opioidů...85 6.3. Vliv metadonu na srdce. 87 6.4. Metodické problémy se sérií II.88 7. Závěr 90 8. Použitá literatura..91 7

Seznam zkratek AR - oblast srdce zasažená infarktem (area at risk) ATP - adenosin trifosfát BNTX - 7- benzylidenenaltrexon D dvojité předčasné komorové stahy (doublets) GSHP - glutathion peroxidáza HR tepová frekvence i.m. intramuskulárně IP3 - inositol trifosfát IPC - ischemický preconditioning IS velikost infarktového ložiska (infarct size) LAD - sestupná větev levé koronární arterie (left anterior descendens) LV - levá komora (left ventricle) ME - Met 5 -enkefalin Metadon 10 zvířata, jimž byl podáván metadon v dávce 2 mg/kg/den po dobu 10 dnů Metadon 28 zvířata, jimž byl podáván metadon v dávce 2 mg/kg/den po dobu 28 dnů Morfin 10 zvířata, jimž byl podáván morfin v dávce 10 mg/kg/den po dobu 10 dnů mptp mitochondriální pór (mitochondrial permeability transition pore) NADH - nikotinamidadenindinukleotid NO - oxid dusnatý OPC - opioidní preconditioning 8

OR - opioidní receptor(y) PC - preconditioning PCr - kreatin fosfát PI3 kináza - fosfatidylinositol kináza PKC - proteinkináza C POC - postconditioning PVCs celkový počet předčasných komorových komplexů ROS - volné kyslíkové radikály (reactive oxygen species) S jednoduché předčasné komorové stahy (singles) SOD - superoxiddismutáza T trojité předčasné komorové stahy (triplets) TTC - 2, 3, 5 - trifenyltetrazolium chlorid VF - komorové fibrilace (ventricular fibrillation) VT - komorové tachykardie (ventricular tachycardia) 9

1. Úvod Kardiovaskulární onemocnění postihují srdce a cévy. Z celé řady chorob se nejčastěji vyskytuje mozková mrtvice a ischemická choroba srdeční a její akutní forma, infarkt myokardu. Ve vyspělých státech je nekróza myokardiálních buněk v důsledku infarktu hlavní příčina smrti, ročně na toto onemocnění zemře okolo 2 milionů lidí, což je přibližně 40 % všech úmrtí. Právě proto se předmětem výzkumu mnoha laboratoří po celém světě stalo studium patologických změn doprovázejících infarkt myokardu, a nebo naopak, studium mechanizmů, které tyto patologické změny omezí. Srdce má svoji přirozenou odolnost k ischemii, která s věkem klesá. Tuto odolnost však můžeme zvýšit některými látkami nebo postupy. Mezi známé kardioprotektivní fenomény se řadí např. adaptace na chronickou hypoxii, tzv. preconditioning a postconditioning nebo podání opioidů. Opioidy jsou přirozeně se vyskytující nebo syntetické látky, které mají velké analgetické účinky, pro které jsou využívány v lékařství. Před téměř 20ti lety však bylo zjištěno, že mohou mít ještě jiný pozitivní účinek, a tím je schopnost zmenšit poškození srdce, které je vyvoláno infarktem myokardu. Přesný mechanizmus této protekce ještě není zcela objasněn. Tato práce se věnuje roli syntetického opioidu metadonu v toleranci srdce k akutní ischemii a pokouší se objasnit, jestli může aplikace metadonu snížit výskyt a závažnost ischemických a reperfuzních arytmií a zmenšit velikost infarktu. Toto téma je velmi zajímavé nejen proto, že by mohlo přispět k léčbě ischemické choroby srdeční, ale i proto, že se o něm dosud mnoho neví. 10

2. Literární přehled 2.1. Opioidy Pojmem opioid se označuje každá sloučenina vážící se na specifické opioidní receptory (OR). Tyto receptory se vyskytují převážně v centrálním nervovém systému, ale i v tenkém a tlustém střevu, ledvinách, plicích, slezině, varlatech, vaječnících a děloze (Wittert a kol. 1996). OR dělíme na 4 hlavní skupiny: δ-or, μ- OR, κ-or a nociceptinový receptor (NOP-R), dříve znám jako tzv. sirotčí receptor (ORL-1). První 3 základní typy OR se dále dělí na podtypy (μ 1 μ 3, κ 1 - κ 3, δ 1 - δ 2 ) (Tso a Wong, 2003). Rozlišujeme 4 skupiny opioidů: 1) Endogenní opioidní peptidy (EOPs) - jsou produkovány v těle živočichů. 2) Opioidní alkaloidy - přirozeně se vyskytující, např. morfin nebo kodein. 3) Semisyntetické - uměle vytvořeny z přirozeně se vyskytujících opioidů, např. heroin. 4) Plně syntetické - např. metadon (Doyle a kol., 1998). Všechny tyto peptidy mají 4 prohormonové prekurzory (pro-enkefalin, proopiomelanokortin, pro-dynorfin a pro-nociceptin), ze kterých vznikají (Pugsley, 2002). Název "opioid" je odvozen od názvu vlčího máku (Papaver somniferum), v jeho semenech jsou alkaloidy s fenantrenovou strukturou, morfin, kodein a tebain (viz obr. č. 1). 11

Obrázek č. 1: Chemická struktura morfinu, hlavního alkaloidu získávaného z rostliny Papaver somniferum, a chemicky podobných semisyntetických a syntetických analogů. Ze základní struktury morfinu se také syntetizuje antagonista OR, naloxon. Cyklická jádra v molekule morfinu, označená A, B, a C, znázorňují ty oblasti molekuly, které tvoří jádro fenantrenu (převzato z Pugsley, 2002). Opioidy se využívají v lékařství kvůli své schopnosti analgezie (úleva od bolesti), tlumí kašel, odstraňují dušnost a působí jako antistresový faktor. Využívají se především pro zmírnění silné akutní bolesti a pooperační bolesti, chronické bolesti a bolesti způsobené nádorovým bujením. Pacientům se mohou podávat ústně (ve formě tablet, kapek, sirupů), intravenózně, subkutánně nebo rektálně. Prozatím nebyla objevena žádná jiná farmaka, která by dobře tišila silnou bolest. Dlouhodobá aplikace opioidů vede k rozvinutí tolerance, snižuje se analgetický účinek a je potřeba navyšovat dávku. Kromě tolerance může dlouhodobé podávání navodit závislost. Závislost je definována jako absolutní potřeba dané látky, aby byly v organizmu zachovány normální fyziologické funkce (Taylor a Fleming, 2001). Při ukončení léčby opioidy musíme dávky pacientovi postupně snižovat, náhlým vysazením léku po delší době užívání bychom vyvolali abstinenční příznaky. 12

2.2. Ischemie myokardu Ischemie myokardu vzniká při nedostatečném krevním zásobení srdce nebo jeho úplném zastavení. V jeho důsledku dochází k omezenému zásobení myokardu kyslíkem. Příčinou bývá uzavření některé z koronárních artérií např. trombem. Další z možností vzniku ischemie je lokální spazmus hladkého svalstva koronární tepny. Ischemie vyvolává patofyziologické změny srdečního svalu, pokud se však průtok koronární artérií obnoví včas, jsou tyto změny reverzibilní. Je-li ischemie dlouhodobého charakteru (desítky minut až hodiny), začínají tyto změny být ireverzibilní a dochází k buněčné smrti, infarktu myokardu (Ošťádal a kol., 2003). Patologické změny vyvolané akutním infarktem myokardu můžeme rozdělit na poškození ischemické, vznikající při uzavření krevního průtoku koronární artérií, a na poškození reperfuzní, které je způsobeno opětovným otevřením této tepny po dlouhodobé ischemii. 2.2.1. Metabolizmus srdce v průběhu ischemie Srdce je aerobní orgán, který ke svému správnému fungování vyžaduje kyslík. Energii získává štěpením látek (např. glukóza, laktát, pyruvát a volné mastné kyseliny) a tuto energii ukládá do makroergní vazby ve sloučeninách adenosin trifosfát (ATP) a kreatin fosfát (PCr). Energie z ATP se využívá ihned, ve formě PCr se ukládá do zásoby. Pokud dojde v důsledku akutního infarktu myokardu k rapidnímu úbytku kyslíku v buňkách, začne převládat anaerobní metabolizmus. Hladina ATP poklesne na minimum už během prvních 15-20 min ischemie. Klesá i množství PCr. Hlavním zdrojem energie se pak stává glukóza, která je získána odbouráním zásob glykogenu. Z anaerobní glykolýzy lze však získat pouze 2 molekuly ATP místo původních 38 molekul v případě oxidativní fosforylace. Glukóza se odbourává na pyruvát a ten na laktát, který se v buňce hromadí. S přibývající délkou ischemie se snižují zásoby glukózy, zvyšuje se množství laktátu, H + (acidóza) a redukované formy nikotinamidových koenzymů (NADH) a klesá intracelulární ph (viz obr. č. 2). Většina těchto změn se pak podílí na poruchách srdeční kontraktility v průběhu akutní ischemie (Ošťádal a kol., 2003). 13

Obrázek č. 2: Změny hodnoty intracelulárního ph (phi) v průběhu ischemie (převzato z Murphy a Steenbergen, 2008). Ke vzniku ireverzibilního poškození buňky pravděpodobně nejvíce přispívají poruchy iontové rovnováhy. Vzhledem k tomu, že řada transportních iontových pump a kanálů je závislá na ATP, odráží iontová balance energetický stav myokardu. V průběhu ischemie se zvyšuje hladina Ca 2+ a dochází k tzv. vápníkovému přetížení (viz obr. č. 3). Bylo zjištěno, že pokud tento nárůst Ca 2+ zastavíme, snížíme množství nekrotické tkáně (Imahashi a kol., 2005). Za normálních podmínek každá systola začíná vstupem Ca 2+ do buňky přes Ca 2+ iontový kanál L-typu. To uvolní další Ca 2+ ze sarkoplazmatického retikula. Díky zvýšené koncentraci Ca 2+ v buňce dojde ke kontrakci myofibril. Vápníkové kationty jsou z cytosolu srdeční buňky odčerpány pomocí Na + -Ca 2+ výměníku a především zpět do sarkoplazmatického retikula je čerpá ATP dependentní sarkolemální vápníková pumpa (SERCA). Při ischemii odchází nadbytečný H + ven z buňky Na + -H + výměníkem, což má za následek intracelulární zvýšení hladiny sodných iontů (Murphy a kol., 1991). Jak ilustruje obr. č. 4, toto zvýšení (spolu s depolarizací membrány) zapříčiní opačný chod Na + -Ca 2+ výměníku a vápenaté ionty se tedy z extracelulárního prostředí přečerpávají do intracelulárního (Imahashi a kol., 2005). Pokud před ischemií podáme zvířeti blokátory Na + -H + výměníku (Karmazyn, 1988) nebo Na + -Ca 2+ výměníku (Murphy a 14

kol., 1991), omezíme vápníkové přetížení a snížíme ischemicko-reperfuzní poškození. Obrázek č. 3: Změny koncentrace ATP, fosfokreatinu (CrP) a iontů Na +, Ca 2+, Mg 2+ v průběhu ischemie. Je patrné, že do buňky vstupuje velké množství sodných a vápenatých kationtů, zatímco hladina energetických zásob ve formě ATP a CrP klesá téměř na nulu (převzato z Murphy a Steenbergen, 2008). 15

Obrázek č. 4 : Změny iontové homeostáze v kardiomyocytu v průběhu ischemie. V důsledku akutní ischemie klesá hladina ATP a díky anaerobní glykolýze klesá hodnota ph. Přebytek protonů stimuluje Na + -H + výměník a posléze Na + -Ca 2+ výměník, což má za následek zvýšení cytosolické koncentrace Ca 2+. Většina ATP generovaného anaerobní glykolýzou se využije pro reverzní chod F o F 1 -ATPázy. Ta generuje mitochondriální membránový potenciál, který je potřeba pro zpětné vychytávání Ca 2+ do mitochondrie. Nárůst mitochondriálního Ca 2+ může otevřít mitochondriální permeabilní pór (mptp), ale díky nízkému ph zůstává mptp zavřený. Otevírá se až v době reperfuze, kdy se ph vrací k normálním hodnotám (převzato z Murphy a Steenbergen, 2008). 2.2.2. Strukturální a funkční projevy ischemie 2.2.2.1. Buněčné poškození Důsledky ischemie (vyčerpání energetických zásob buňky, acidóza, poruchy iontové homeostázy, hromadění volných kyslíkových radikálů - ROS) poškozují kardiomyocyty a mohou způsobit buněčnou smrt. K ireverzibilním změnám funkce myokardu dochází již od 15. - 30. minuty ischemie. Velikost infarktového ložiska stoupá s velikostí oblasti zasažené ischemií, s délkou ischemie (viz obr. č. 5), s rostoucí spotřebou kyslíku a s výskytem kolaterálního oběhu (část krevního oběhu srdce, spojky mezi artériemi vytváří alternativní oběh pro případ, že je některá z tepen uzavřena, např. chronickým onemocněním) a odolnosti myokardu k nedostatku kyslíku (viz kapitola 2.4.). Infarktové ložisko vzniká v subendokardiální 16

zóně myokardu a postupně se rozšiřuje směrem k epikardu (Kloner a Jennings, 2001). Zdá se, že buněčná smrt vyvolaná akutním infarktem myokardu probíhá jak procesem nekrózy, tak autofágie a apoptózy. Poměr mezi jednotlivými mechanizmy buněčné smrti je různý a může záležet na experimentálním modelu (např. buněčné kultury vs. in vivo model, neonatální vs. dospělí jedinci). Podle posledních výzkumů se zdá, že i nekróza může být regulována. Léze poškozené buňky může být provedena kontrolovanými procesy jako je mitochondriální dysfunkce, zvýšená tvorba ROS, deplece ATP nebo proteolýza (Golstein a Kroemer, 2007). Důležitým mediátorem a regulátorem všech typů buněčných smrtí jsou mitochondrie. reverzibilní poškození ireverzibilní poškození okluze LAD Obrázek č. 5: Časový průběh vzniku nekrotického ložiska v důsledku akutní ischemie je znázorněn na příčném řezu levou komorou (LV). Přibližně 15-20 minut po začátku ischemie může být ještě poškození myokardu reverzibilní. Čím déle ischemie přetrvá, tím více se infarktové ložisko rozšiřuje ze subendokardiální oblasti myokaru k epikardu. Risk zone - ta část myokardu, která je postižena ischemií (podle Kloner a Jennings, 2001). 2.2.2.2. Ischemické arytmie Typický funkční projev ischemie jsou arytmie, poruchy vzniku a šíření elektrického vzruchu myokardem. Srdeční rytmus zdravého člověka se pohybuje okolo 60-80 tepů za minutu. V malé míře nemusejí arytmie způsobovat vážné potíže a neohrozí člověka na životě, nicméně závažné arytmie mohou bez patřičné léčby vést až ke smrti. Výskyt arytmií lineárně roste s věkem a závažností srdečního onemocnění (Ošťádal a kol., 2003). Ischemické arytmie jsou hlavní příčinou úmrtí v důsledku akutního infarktu myokardu. 17

Poruchy rytmu s frekvencí vyšší než 100 tepů za minutu se označují jako tachykardie, oproti tomu frekvence nižší než 60 tepů za minutu jako bradykardie. Dominantní roli při vzniku arytmií u akutní ischemie myokardu hraje zvýšení hladiny extracelulárního draslíku. Tato extracelulární koncentrace se zvyšuje kvůli porušeným funkcím struktur buněčné membrány (Ošťádal a kol., 2003). 2.3. Reperfuze myokardu Reperfuzí se označuje obnova arteriálního průtoku do ischemického myokardu, která má za následek navrácení metabolizmu zpět k aerobnímu metabolizmu (Jennings a kol., 1990). Průtok krve znovu zprůchodněnou artérií se prudce zvýší v počátku reperfuze, a to až na 400-600% klidových hodnot před ischemií. Vrcholu dosahuje v prvních 5 minutách od začátku reperfuze a poté klesá. Na původní hodnoty se navrací přibližně po 15 minutách (Bolli a kol., 1988). Během reperfuze se extracelulární ph rychle navrací do normálu. Koncentrace laktátu se snižuje na svoji původní hodnotu díky systémovému oběhu a oxidaci na CO 2 a H 2 O. Tímto způsobem se ph ustálí na své původní hladině již do cca 2 minut od začátku reperfuze (Fleet a kol., 1985). Nicméně uvnitř buňky je stále acidické prostředí. Vyšší intracelulární koncentrace H + aktivuje Na + -H + výměník, který čerpá H + ionty ven z buňky, výměnou za Na +. Zvyšující se množství cytosolického Na + je normalizováno Na + -K + ATPázou a také Na + -Ca 2+ výměníkem, čímž se přechodně zvýší intracelulární hladina Ca 2+ (Murphy a Steenbergen, 2008). Nárůst hladiny mitochondriálního Ca 2+ indukuje otevření mptp póru v mitochondriální membráně, kterým ztrácí svůj membránový potenciál na vnitřní membráně, poruší se mitochondriální iontová rovnováha a prostřednictvím kaspáz se aktivuje apoptóza. Bylo zjištěno, že vlivem nízkého ph v ischemii je otevření mptp blokováno, tudíž k mitochondriální destabilizaci dochází až během reperfuze, kdy se hodnota ph zvyšuje k fyziologickým hodnotám (Griffiths a kol., 1998). Jak bylo prokázáno v posledních několika letech, inhibicí mptp se dá omezit rozvoj reperfuzního poškození myokardu. To může být zajištěno například přímou inhibicí 18

mptp pomocí cyklosporinu A (Griffiths a kol., 2000) nebo nepřímo snížením Ca 2+ a intracelulárního ph. Předmětem diskusí dosud zůstává, zda-li ireverzibilní poškození kardiomyocytů vzniká hlavně v ischemii nebo k nějakému poškození dochází i v průběhu reperfuze. Toto téma je důležité hlavně pro klinickou praxi, jelikož podáním kardioprotektivních látek před reperfuzí bychom mohli tomuto poškození zabránit. Ukázalo se, že opravdu existuje mnoho farmak nebo postupů, které v časné fázi reperfuze signifikantně snižují velikost infarktu, např. postconditionig (POC, viz kapitola 2.6.4.) a celou řadu buněčných struktur, které se mohou podílet na jeho signalizaci. Na počátku reperfuze se prudce zvyšuje množství produkovaných ROS (Arroyo a kol., 1987), což ilustruje obr. č. 6. Jak bylo experimentálně prokázáno, koncentrace ROS je vysoká již v první minutě reperfuze a vrcholí v prvních minutách po zprůchodnění koronární artérie (Bolli a kol., 1988). Neznamená to, že by se ROS netvořili již v ischemii, ale jejich koncentrace je nízká, jelikož se během ischemie nedostává do tkáně kyslík a ROS tedy mohou vznikat jen ze zbytkových molekul kyslíku. Zdá se, že i malé množství ROS v ischemii může poškodit elektrontransportní řetězec, který není schopný efektivně převádět elektrony (Lesnefsky a kol., 2004). Díky tomu se v reperfuzi, kdy se obnoví přísun kyslíku, výrazně zvyšuje hladina ROS, které jsou generovány v dýchacím řetězci na komplexu I a III. S těmito změnami je spojeno zvětšování velikosti mitochondrií (bobtnání), velmi dobře patrné v elektronovém mikroskopu. Bylo zjištěno, že mptp se neotvírá jen v důsledku zvýšené koncentrace Ca 2+, ale významně se na tomto ději podílejí i ROS (Kim a kol., 2006). Není proto překvapením, že některé antioxidanty podané v reperfuzi (jako například vitamin C a E) mohou snižovat ischemické poškození (Qin a kol., 2006). 19

poškození membrány Obrázek č. 6: Přehled dějů během ischemie a reperfuze, vedoucích k otevření mptp póru, aktivaci kaspáz a následné buněčné smrti (převzato z Murphy a Steenbergen, 2008). 2.3.1. Reperfuzní arytmie Reperfuzní arytmie vznikají v důsledku komplexních buněčných a humorálních reakcí, doprovázející opětovné zprůchodnění koronární tepny. Jako primární příčinou jejich tvorby jsou považovány látky akumulované v myokardu během reperfuze. Klíčovou úlohu zde sehrávají ROS, ale i Ca 2+, inositol trifosfát (IP3) a další. Tyto biochemické modulátory způsobují komplexní změny na úrovni membránových iontových kanálů. Reperfuzní arytmie signalizují obnovení průtoku koronární artérií, ale zároveň indikují reperfuzní poškození. Ačkoliv existuje řada studií s látkami, které mohou inhibovat projevy reperfuzního poškození, dosud není žádné doporučení pro jejich použití v klinické praxi (Jurkovicová a Cagán, 1998). 20

2.3.2. Stunning Braunwald a Kloner (1982) popsali tzv. omráčený myokard (stunning) jako dlouhodobou postischemickou dysfunkci životaschopné tkáně srdce, zachráněné v důsledku včasné reperfuze. Myokardiální stunning je reverzibilní děj, který může přetrvávat několik hodin až dnů po reperfuzi, v závislosti na mnoha parametrech jako např. délka trvání ischemie nebo dostatečný arteriální průtok (Kloner a kol., 1983). Charlat a kol. (1989) ukázali na psím modelu, že po 15 minutové okluzi sestupné větve levé koronární artérie (LAD) byla potřebná až 48 hodinová reperfuze, aby došlo ke kompletnímu obnovení systolické funkce, zatímco při okluzi LAD po dobu 1 minuty stačila pouze 30 minutová reperfuze (Kloner a kol., 1983). Roberto Bolli se svými spolupracovníky (1989) dokázal, že z 50 až 70% vzniká myokardiální stunning v důsledku zvýšené hladiny ROS, uvolňovaných v několika prvních minutách reperfuze. To tedy znamená, že stunning je jednou z forem reperfuzního poškození srdce. Efekt stunningu může být zmírněn intravenózním podáním antioxidačních enzymů, které degradují ROS, a to superoxid dismutáza (SOD) a kataláza (Przyklenk a Kloner, 1986, Jeroudi a kol., 1990). Tyto enzymy však musí být aplikovány těsně před reperfuzí (Bolli a kol., 1989). Další velmi pravděpodobná příčina vzniku stunningu jsou poruchy vápníkové homeostázy, podáváním antagonistů vápníku se zlepší obnova kontrakcí po ischemické zátěži (Ošťádal a kol., 2003). Přesný mechanismus, jakým stunning působí, není zcela objasněn. Jedna z možností je dostupnost Ca 2+ a citlivost kontraktilního aparátu k Ca 2+. Jako další se uvádí nedostatečná produkce energie mitochondriemi, zhoršené využití energie myofibrilami, poruchy mikrocirkulace, porušení kontraktilního aparátu proteolýzou troponinu I (McDonough a kol., 1999) nebo porušení extracelulární matrix. 2.3.3. Volné kyslíkové radikály (ROS) Volné radikály jsou obecně nestabilní atomy nebo molekuly, které mají velmi krátkou dobu existence a vysokou reaktivitu vůči jiným strukturám. V jejich elektronovém obalu chybí jeden nebo více nespárovaných elektronů. Snahou volných radikálů je dostat se zpět do rovnovážného stavu. Jejich nebezpečí tedy tkví 21

v tom, že se snaží si doplnit chybějící elektron z jiných molekul, které ale tímto mění na sekundární radikály a dochází k řetězovému šíření. ROS jsou považovány za jednu z hlavních příčin vzniku ischemickoreperfuzního poškození (viz kapitoly 2.3., 2.3.1. a 2.3.2.). Vznikají v organizmu z molekulárního kyslíku působením toxinů, karcinogenů nebo při fyziologickém zpracování kyslíku mitochondriemi. Mitochondrie jsou dokonce největším producentem ROS v buňce. ROS jsou tedy běžným produktem buněčného metabolizmu a mají také významnou signalizační úlohu, ačkoliv dříve byly považovány za doprovodný jev k procesu stárnutí, k neurodegenerativním nebo nádorovým onemocněním či k jiným patologiím (Dickinson a kol., 2010). ROS se tvoří jednoelektronovou redukcí O 2 v elektrontransportním řetězci za vzniku superoxidu O - 2. Ten je dále metabolizován pomocí SOD na peroxid vodíku, který je odbouráván na vodu pomocí glutathion peroxidázy (GSHP). Za fyziologických podmínek se superoxid vytvoří přibližně z 1-3% molekul kyslíku, nad touto hladinou už pak dochází k oxidačnímu stresu, který může způsobit zhoršení kontraktility myokardu nebo jeho strukturální poškození (Misra a kol., 2009). Zvýšená koncentrace ROS poškozuje hlavně membránové fosfolipidy, ale i DNA a proteiny. Akumulace mutací a delecí v mitochondriální i nukleární DNA vede k postupnému zkracování telomer v jaderné DNA. Produkce ROS je kontrolována antioxidanty, jako např. GSHP a SOD, nebo nízkomolekulárními látkami jako je vitamin E a kyselina askorbová (vitamin C) (Evans a Halliwell, 1999). 2.4. Kardioprotektivní fenomény Jak již bylo popsáno výše, ischemie srdečního svalu vzniká jako výsledek disproporce mezi množstvím kyslíku buňce dodávaného a množstvím kyslíku, které buňka skutečně potřebuje. Míra poškození nezávisí jen na intenzitě a délce ischemie, ale i na odolnosti myokardu k nedostatku kyslíku. Každé srdce má svou přirozenou toleranci k ischemii, měnící se s věkem. Rozdíl existuje i mezi pohlavími, mladé ženy mají menší pravděpodobnost infarktu než staří muži (Ošťádal a kol., 2003). Tuto toleranci je možné lidským zásahem zvýšit, a to např. preconditioningem 22

(IPC), postconditioningem, jak již bylo uvedeno výše, farmakologickými zásahy aktivující tyto děje nebo adaptací na chronickou hypoxii. Kardioprotekce se studuje na třech nejzávažnějších projevech ischemie, kterými jsou infarkt myokardu, postischemická obnova kontraktilních funkcí myokardu a výskyt a závažnost ischemických a reperfuzních arytmií. 2.4.1. Ischemický preconditioning IPC byl jako kardioprotektivní strategie poprvé popsán již v roce 1986 (Murry a kol.) a nastartoval další výzkumy ohledně mechanizmu jeho kardioprotektivního účinku. I přesto, že dnes známe spoustu signálních kaskád, které se podílejí na aktivaci kardioprotekce, její přesný mechanizmus nebyl dosud zcela objasněn. V původní studii Murry a kol. (1986) použili experimentální protokol, kdy 4x po sobě byla uzavřena LAD koronární artérie, 5 minut ponechali srdce v ischemii a po povolení podvazu byl myokard 5 minut v reperfuzi. Toto krátké uzavření koronární artérie nebylo natolik závažné, aby způsobilo ireverzibilní poškození srdce, ale bylo dostatečné na to, aby při delší okluzi té samé artérie nedocházelo k tak rychlému vyčerpání ATP (Murry a kol., 1990), snížilo se množství tvorby laktátu a zmenšila se infarktová oblast. Později se ukázalo, že IPC má antiarytmické účinky (Lukas a Botsford, 1997) a snižuje kontraktilní dysfunkci. Protekce pomocí IPC vymizí přibližně 1-2 h po provedení IPC (Vanwinkle a kol., 1991). Kardioprotekce se znovu objeví za 24 h po IPC, tomuto jevu říkáme "pozdní fáze IPC" neboli "second window of IPC" (Rizvi a kol., 1999). Mechanizmus této pozdější fáze IPC je jiný než u klasického PC (popsaného Murrym) a významně se na něm podílí exprese nových proteinů a genů. Jelikož účinek IPC vymizí již po první hodině od jeho aktivace, myslelo se, že IPC je zprostředkován nějakým mediátorem, který je rychle degradován. Touto látkou by mohl být např. glykogen, jeho koncentrace se během IPC snižuje. Nedostatek glykogenu omezuje anearobní glykolýzu a během následné ischemie se vyprodukuje méně laktátu (Steenbergen a kol., 1993). Omezením anaerobní glykolýzy nevznikne tolik H +, díky tomu tolik nestoupne intracelulární koncentrace Na + (přes Na + -H + výměník) ani Ca 2+ (přes Na + -Ca 2+ výměník) (Murphy a kol., 1991). Naproti tomu řada výsledků nenasvědčuje tomu, že by úbytek glykogenu měl sám o sobě 23

kardioprotektivní účinky (King a Opie, 1996, Soares a kol., 1997), tudíž stále není jasné, který mediátor je zodpovědný za účinek IPC. Studie z posledních let ukazují, že IPC vede k aktivaci signálních kaskád, které poté vedou ke kardioprotekci. IPC způsobí uvolnění agonistů jako např. adenosinu, bradykininu nebo opioidů, které se váží na receptory spřažené s G- proteiny a tím aktivují kardioprotektivní signální kaskády. Aktivace těchto receptorů aktivuje fosfatidylinositol (PI3) kinázu, která dále aktivuje Akt kinázu. Receptory spřažené s G-proteiny jsou internalizovány navázáním β-arrestinu, klatrinu a adaptorových proteinů. Signály přes β-arrestin a jiné endozomální signály vedou k aktivaci různých kináz a fosfatáz. Mnohé z těchto signálních drah směřují k mitochondriím, kde mohou otevřít mitochondriální K ATP kanál a inhibovat otevření mptp póru (Murphy a Steenbergen, 2008), což je dnes považováno za hlavní protektivní účinek IPC. Ukázalo se, že acidózu během ischemie kromě IPC snižuje také nadměrná exprese antiapoptotického proteinu Bcl-2 (Imahashi a kol., 2004), působení diazoxidu (který aktivuje IPC otevřením mitochondriálního K ATP kanálu) (Forbes a kol., 2001) a adenosinu (Fralix a kol., 1993). Mechanizmus odpovědný za zmírnění acidózy pomocí těchto kardioprotektivních látek je však dosud neznámý. Existují nepřímé důkazy o účasti ROS ve spouštěcím mechanizmu IPC. Podáním látek vychytávajících ROS v průběhu IPC vymizel jeho ochranný efekt (Baines a kol., 1997, Das a kol., 1999). Zdá se, že ROS vytvořené během krátké ischemie a reperfuze v množství nižším než to, které už je schopné poškodit buňku, aktivují mediátory, které spouštějí signalizaci IPC a stimulují tak kardioprotekci. Jiné studie ukazují vliv IPC na snížení uvolňovaní ROS v průběhu ischemie a reperfuze (Crestanello a kol., 1996). Jinými slovy, efekt ROS, které se vytvoří během krátkých okluzí artérie při IPC je ten, že při následné dlouhodobé ischemii je pak množství vytvořených ROS menší, tudíž je menší i míra poškození myokardu (Kevin a kol., 2003). 24

2.4.2. Postconditioning Z důvodu nemožnosti předpovědět, kdy dojde k ischemii, je kardioprotektivní efekt IPC v klinické praxi těžko použitelný. Naproti tomu zásahy v průběhu reperfuze už možné jsou. V roce 2003 přišel Zhao a kol. s tím, že přerušovaná reperfuze může také snížit velikost infarktu. Přesný experimentální protokol (počet epizod a trvání jednotlivých epizod ischemie a reperfuze) potřebný pro vznik protekce závisí na experimentálním modelu a živočišném druhu. Ischemický POC je definován jako opakovaná krátká okluze LAD po uvolnění dlouhodobé koronární okluze a snižuje míru poškození srdce (Cohen a Downey, 2011). Yang a kol. (2004) ukázali, že pokud s POC začneme 10 min po začátku reperfuze, ztratí svoje kardioprotektivní účinky. Většina experimentů tedy dokazuje, že POC signifikantně snižuje velikost infarktu (Heusch a kol., 2006). Překvapivě bylo zjištěno, že protekce zprostředkovaná pomocí POC je způsobena skrz aktivaci mnoha stejných signálních molekul, které se účastní IPC (Hausenloy a kol., 2005). Protektivní efekt POC je blokován např. po podání antagonistů adenosinových receptorů (Morrison a kol., 2007), po podání inhibitorů PI3 kinázy (Tsang a kol., 2004) nebo v důsledku působení inhibitorů proteinkinázy C (PKC; Philipp a kol., 2006). Za protektivní v časné fázi reperfuze jsou dále považovány inhibitory Na + -H + výměníku (Zhao a kol., 2003), aktivátory kináz (Hausenloy a kol., 2004), erytropoetin (Hanlon a kol., 2005), mptp (Hausenloy a kol., 2003), kináza glykogen syntázy a řady membránových receptorů včetně opioidních (Gross a kol., 2004). K podání látky však musí dojít ihned na začátku reperfuze (Yang a kol., 2004). 2.4.3. Chronická hypoxie Hypoxie je způsobena nízkým parciálním tlakem kyslíku v arteriální krvi. Na myokard jsou kladeny vyšší metabolické nároky, což může zapříčinit fyziologické změny. Tento jev sice chrání srdce před ischemickým poškozením, na druhou stranu ale působí též negativně, neboť vede k rozvoji plicní hypertenze nebo hypertrofie pravé komory. Přirozenou formou výskytu hypoxického prostředí jsou vysoké nadmořské výšky a také fetální oběh. Myokard novorozenců je přirozeně odolnější k ischemii než u dospělých jedinců, po narození tato odolnost klesá (Ostadal a kol., 1999). 25

Adaptace na chronickou hypoxii je pravděpodobně nejstarším zkoumaným kardioprotektivním jevem. První pozorování byla publikována na počátku 2. poloviny minulého století (Hurtado, 1960), kdy byl zjištěn nižší výskyt infarktu u lidí, kteří žili ve vysokohorském prostředí. Pokusy prováděné na potkanech, adaptovaných na nadmořskou výšku 7 000 m v hypobarické komoře, taktéž potvrdily kardioprotektivní působení hypoxie (Kopecky a Daum, 1958). Jak ilustruje obr. č. 7, adaptace na chronickou hypoxii významně snížila velikost infarktu (Neckár a kol., 2002), zlepšila postischemickou obnovu kontraktilních funkcí myokardu (Kopecky a Daum, 1958) a snížila výskyt a závažnost ischemických a reperfuzních arytmií (Asemu a kol., 1999). Na rozdíl od krátkodobého působení IPC a POC, protektivní účinky chronické hypoxie na ischemický myokard přetrvávají až po dobu několika týdnů (Neckár a kol., 2004), čímž dělají chronickou hypoxii velmi zajímavou z klinického hlediska. Přesný molekulární mechanizmus působení chronické hypoxie zatím není zcela objasněn. Předpokládá se, že zahrnuje zvýšenou expresi některých izoforem PKC (Neckár a kol., 2005), aktivaci MAP kináz (Strnisková a kol., 2006) nebo heat shock proteinů (Shi a kol., 2002). Další roli zde hraje oxid dusnatý (NO). Chronická hypoxie zvyšuje produkci NO v myokardu a jeho prostřednictvím zvyšuje odolnost srdce k ischemii (Forkel a kol., 2004). Obrázek č. 7: Kardioprotektivní účinky adaptace na chronickou hypoxii (7000m, 8 hod/den, 5 dní/týden) u potkanů. IS/AR velikost infarktu, PVCs celkový počet předčasných komorových komplexů. *P < 0,05 (převzato z Ostadal a Kolar, 2007). 26

2.4.4. Kardioprotektivní působení opioidů Opioidní peptidy a exogenní opioidy jako např. morfin jsou známé svým vlivem na kardiovaskulární systém. Nicméně až do nedávna nebylo zřejmé, zda aktivace specifických OR má za následek snížení velikosti infarktu u pokusných zvířat a redukci buněčné smrti u izolovaných kardiomyocytů. Tyto ochranné účinky se objeví po podání opiodů při farmakologickém PC i POC (Schultz a Gross, 2001). Kardioprotektivním účinkům opioidů se věnují detailněji následující kapitoly. 2.4.4.1. Opioidy indukovaný preconditioning (OPC) Schultz a kol. (1995) publikovali jako první, že opioidy navozují protektivní efekt IPC v srdci a jiných orgánech pomocí aktivace specifických OR. Pokud byl potkanům podán neselektivní antagonista OR, naloxon, kardioprotektivní účinek OPC vymizel (viz obr. č. 8). Je jedno, zda byl naloxon aplikován před nebo po stimulaci OPC, v obou případech došlo k vymizení kardioprotekce. O 3 roky později se Schultz a kol. (1998) snažili zjistit pomocí specifických selektivních antagonistů pro μ, κ, δ 1 a δ 2 OR, který OR je zodpovědný za zvýšenou ischemickou toleranci srdce. Podařilo se jim prokázat, že inhibice δ 1 OR zablokovala kardioprotektivní účinky OPC. 27

Obrázek č. 8: Velikost infarktu normalizovaná na velikost ohrožené oblasti u kontrol (control), IPC (PC), po podání naloxonu bez IPC (NL), naloxonu před IPC (NL+PC) a naloxonu po IPC (PC+NL). Černé čtverce jsou průměry z každé skupiny, bílé čtverce jsou individuální velikosti infarktu u jednotlivých srdcí (podle Schultz a kol., 1995). Ačkoliv se předpokládalo, že zvýšení ischemické tolerance aktivací OR probíhá v důsledku aktivace δ OR, zjistilo se, že u některých živočišných druhů se na tom podílí i κ OR. Tento účinek byl zprostředkován PKC a K ATP kanály (Ventura a kol., 1989). Roli PKC a mitochondriálních K ATP kanálů potvrdil i Wu a kol. (2004). Jejich výsledky naznačovaly, že protektivní efekt opioidů je zprostředkován dokonce všemi třemi typy OR. Jiné experimenty ukazují, že ischemie myokardu podporuje tvorbu a uvolňování opioidních peptidů β-endorfinů, které se přímo váží na OR v srdci, chrání myokard před nadměrným zvýšením intracelulární hladiny Ca 2+ a tím omezují poškození buňky. Ochranný efekt β-endorfinů vzniká v důsledku aktivace G-proteinů, PKC, MAP kinázy, tyrozin kináz a také K ATP kanálů, lokalizovaných na vnitřní membráně mitochondrií (Oldroyd a kol., 1992, Schultz a kol., 1996). Ukázalo se, že 28

signální dráhy působení opioidů na ischemický myokard (viz obr. č. 9) jsou pravděpodobně velmi podobné drahám, uplatňujícím se při IPC. Obrázek č. 9: Pravděpodobné signální dráhy, účastnící se kardioprotekce vyvolané opioidy. Navázáním opioidu na OR (který je receptorem spřaženým s G-proteiny) dojde k aktivaci G- proteinu (Gi/o), tyrozin kináz (TK), proteinkinázy C (PKC), K ATP kanálů, MAP kinázové dráhy a ke sníženému vtoku Ca 2+ do buňky (převzato z Schultz a Gross, 2001). Takasaki a kol. (1999) studovali vliv IPC a OPC na snížení počtu poškozených buněk králičího srdce, které vystavili ischemii a reperfuzi. Prokázali, že zvýšenou ischemickou toleranci navozuje jak IPC, tak i morfin, a že účinky obou mohou být blokovány naloxonem. Exogenní agonista OR Met 5 -enkefalin (ME) měl protektivní účinky, zatímco β-endorfin byl bez ochranného účinku. Další dva produkty proenkefalinu, Leu 5 -enkefalin a ME-Arg-Phe také snižovaly velikost infarktu. Z jejich 29

výzkumu dále vyplynulo, že endogenní mediátory IPC jsou nejspíše produkty proenkefalinu. Další ze studií, která potvrdila, že morfin má podobné kardioprotektivní působení jako IPC, byla např. studie Schultze a kol. (1996). Morfin byl v tomto experimentu potkanovi podán ve třech 5 min dávkách (100 μg/kg) 30 min před okluzí. Dále bylo zjištěno, že tento protektivní efekt byl zprostředkován otevřením mitochondriálních K ATP kanálů. Studie McPhersona a Yaoa (2001) ukázala, že buněčná signalizace využívající ROS hraje roli i v morfinem indukovaném PC. Tento experiment navíc potvrdil i to, že mitochondriální K ATP kanály jsou aktivované resp. se otevírají v důsledku stimulace δ 1 OR. Dále bylo zjištěno, že kardioprotektivní účinky morfinu jsou založeny i na skutečnosti, že aplikace morfinu může hrát roli v inhibici apoptózy komorových myocytů. Tento efekt byl zprostředkován zvýšenou intracelulární koncentrací IP3, který následně uvolnil Ca 2+ ze sarkoplazmatického retikula (Barrère-Lemaire a kol., 2005). Protektivní efekt morfinu byl objeven i na úrovni izolovaných kuřecích myocytů. K protekci došlo u všech koncentrací morfinu, které byly v experimentu použity (0,1-10 μm), nicméně největší efekt se ukázala mít koncentrace 1 μm. I v této studii byl potvrzen kardioprotektivní vliv aktivace mitochondriáolních K ATP kanálů (pomocí selektivních antagonistů tohoto kanálu) a klíčová role δ 1 OR v OPC v potkaním srdci, jelikož ochranný účinek morfinu vymizel podáním δ 1 selektivního antagonisty 7- benzylidenenaltrexonu (BNTX) (Liang a Gross, 1999). Jak bylo zmíněno výše v kapitole 2.4.1., 24-48 h po podání opioidů se objevuje pozdní fáze protekce. Toto tvrzení dokazuje experiment, kdy selektivní δ 1 opioidní agonista TAN-67 neměl 12 h po aplikaci žádný kardioprotektivní efekt, který se však znovu objevil 24-48 h po podání. Tento účinek do 72 h vymizel. Ochranné účinky TAN-67 bylo možné inhibovat pomocí BNTX a glibenclamidu, neselektivního antagonisty K ATP kanálu, což opět potvrzuje důležitou roli K ATP kanálů (Fryer a kol., 1999). Morfin tedy není z lékařského hlediska zajímavý jen pro svou vysokou schopnost tišení silné bolesti, je také látkou, která signifikantně snižuje velikost 30

infarktu myokardu. Jeho kardioprotektivní účinky jsou zprostředkovány aktivací δ 1 OR. V signální dráze jeho působení hraje důležitou roli PKC, mitochondriální K ATP kanály a tyrozin kinázy. 2.4.4.2. Opioidy indukovaný postconditioning Jak bylo popsáno v kapitole 2.4.2., POC má v počátcích reperfuze podobné kardioprotektivní účinky jako IPC, ale na rozdíl od něj je výrazně lépe využitelný v klinické praxi. Jelikož podání opioidů vede k podobnému efektu jako IPC, začali se vědci zabývat otázkou, jestli by podání opioidů v počátcích reperfuze nemohlo vyvolat i efekt podobný POC. Tato hypotéza se posléze potvrdila, POC aktivovaný morfinem chránil izolované potkaní srdce otevřením mitochondriálního K ATP kanálu vůči důsledkům akutní ischemie/reperfuze. V tomto experimentu však byla kardioprotekce navozena aktivací κ OR, nikoliv δ OR (Chen a kol., 2008). V jiném pokusu, kdy byl těsně před reperfuzí podán myokardu selektivní ligand δ OR BW373U86, došlo také k signifikantnímu poklesu poškození myokardu (Gross a kol., 2004). Lze tedy předpokládat, že kardioprotektivního účinku v opioidy vyvolaném POC se účastní jak κ, tak i δ OR. 2.4.4.3. Opioidy v chronické hypoxii Je dokázáno, že farmakologická aktivace OR snižuje důsledky infarktu myokardu, způsobeného akutní ischemií/reperfuzí. Opioidy hrají důležitou roli v protekci různými formami "conditioningů", ať už OPC nebo POC, popsaných v kapitolách 2.4.4.1. a 2.4.4.2. Další otázkou tedy bylo, jestli se endogenní opioidní peptidy a OR mohou podílet i na kardioprotekci vyvolané chronickou hypoxií, jelikož hladina endogenních opioidů se při hypoxii (a jiných stresových situacích např. ischemii) výrazně zvyšuje (Maslov a kol., 2013) V recentní práci Maslova a kol. (2013) byli potkani vystaveni kontinuální hypoxii (12% O 2 ) za normálního atmosférického tlaku po dobu 3 týdnů. Poté jim byla provedena ischemie, před kterou zvířata dostala akutně různé antagonisty OR. Adaptace na chronickou hypoxii a následná okluze koronární artérie výrazně zvýšila koncentrace opioidů v srdci a v plazmě, což mělo za následek snížení velikosti infarktu, avšak nemělo žádný vliv na výskyt ischemických komorových arytmií. Efekt snížení velikosti infarktu byl inhibován po podání antagonistů naltribenu (antagonista 31

δ2 OR), CTAP (antagonista μ OR) a naloxon methiodidu (neselektivní, periferně působící antagonista OR), což naznačuje, že kardioprotektivní efekt adaptace na chronickou hypoxii snižující velikost infarktu je zprostředkován aktivací periferního δ2 OR a μ OR pomocí zvýšené hladiny endogenních opioidních peptidů (Maslov a kol., 2013). O pár let dříve Lishmanov a kol. (2003) vystavili potkany opakovaným periodám hypobarické chronické hypoxie. Inhibicí δ OR pomocí jeho selektivního antagonisty TIPP došlo k vymizení antiarytmogenního efektu chronické hypoxie. Naproti tomu selektivní inhibice μ a κ OR neměla žádný vliv na výskyt arytmií během ischemie a reperfuze, ani na velikost infarktu. Tato studie tedy objevila klíčovou roli δ OR v inhibici ischemických arytmií na tomto modelu kardioprotektivního působení chronické hypoxie. 2.4.4.4. Dlouhodobé podávání opioidů Stárnutí organizmu je obvykle doprovázeno poklesem ischemické tolerance v myokardu, proto se Peart a Gross (2004) zaměřili na porovnání mladých a starých potkanů, co se týče vlivu opioidů na poškození myokardu akutní ischemií/reperfuzí. Jejich výsledky ukázaly, že při akutním podání morfinu vznikne protektivní účinek pouze u mláďat, nikoliv u starých potkanů. Pokud byl zvířatům morfin podáván po dobu 5 dnů, došlo ke zlepšení postischemických kontraktilních funkcí u obou věkových skupin. Tyto výsledky naznačují, že u starých jedinců je třeba intenzivnější a dlouhodobá stimulace k aktivaci kardioprotekce. O dva roky později stejná skupina vědců přišla na to, že signální dráhy akutního a chronického podávání zahrnují jiné mediátory. Molekulární mechanizmus akutního podávání probíhá stimulací G i/o -proteinů, IP3 kinázy, Akt kinázy, PKC, ERK kinázy, aktivací ROS a otevření K ATP kanálů. Zdá se, že protekce je navíc zprostředkována inhibicí mptp. Molekulární mechanizmus chronického podávání je mnohem méně prozkoumaný, ale pravděpodobně zahrnuje G s -proteiny, β 2 - adrenergní receptory a aktivaci protein kinázy A (viz obr. č. 10) (Peart a Gross, 2006). 32

Obrázek č. 10: Schéma signálních drah u akutního a chronického podávání morfinu. Akutní - G i/o -proteiny, IP3 kináza, Akt kináza, PKC, ERK kináza, aktivace ROS, otevření K ATP kanálů, inhibice mptp. Chronické - G s -proteiny, β2-adrenergni receptory (β 2 AR), aktivace protein kinázy A (PKA) (převzato z Peart a Gross, 2006). Výsledky spolupráce Přírodovědecké fakulty Karlovy Univerzity v Praze a Fyziologického ústavu AV ukazují, že podávání morfinu po dobu 10 dnů nemělo významný vliv na velikost ischemického poškození srdce pokusných potkanů na modelu izolovaného perfundovaného srdce potkana, jak bylo publikováno v diplomové práci Klučkové (2007). Ke stejným výsledkům dospěla i jiná studie, která také zjišťovala vliv 10ti denního podávání morfinu na modelu anestetizovaného uměle ventilovaného zvířete. Nicméně, výsledky této studie naznačují, že dlouhodobé podávání vysokých dávek opioidů mění funkci β-adrenergní resp. adenylyl cyklázové signalizace. Tyto změny 33

jsou doprovázeny sníženou citlivostí srdce na výskyt a závažnost ischemických komorových arytmií (Skrabalova a kol., 2012). Další diplomová práce obhájená na PřF UK ukázala pozitivní vliv chronického podávání morfinu na velikost infarktu po 28 dnech, nicméně po takto dlouhé době podávání již vymizel antiarytmický účinek (Bartoňová, 2011). Zdá se tedy, že různé projevy akutního infarktu myokardu (velikost nekrózy vs. ischemické arytmie) se mohou významně lišit v závislosti na době podávání opioidů. 2.4.4.5. Metadon v kardioprotekci Jak je uvedeno v kapitole 2.1., metadon patří mezi syntetické opioidy. V lékařství je užíván jako analgetikum při akutní a chronické bolesti a pro léčbu závislosti na narkotikách. Chemicky se morfinu a heroinu nepodobá, ale váže se na stejné receptory, a tím vyvolává stejné účinky. Podobně jako morfin, je metadon agonista μ OR, ale na rozdíl od morfinu má malou afinitu ke κ a δ OR (Gross a kol., 2009). Je metabolizován výrazně pomaleji v porovnání s morfinem. Poločas rozpadu metadonu se pohybuje od 24 do 48 h v závislosti na modelovém organismu. Obvykle se v klinické praxi užívá ve formě sirupu nebo tablet. V tom je také jeho výhoda při léčbě závislostí na heroinu; díky dlouhému účinku se aplikuje méně často než heroin a navíc ne intravenózně. Dalším důvodem je známá koncentrace a chemické složení užívané látky a také snaha zabránit rozvoji abstinenčních příznaků. Gross a kol. (2009) se snažili zjistit, zda také metadon snižuje velikost infarktu myokardu v porovnání s morfinem v závislosti na dávce a zda-li je tento protektivní účinek zprostředkován aktivací OR. Dále se zabývali otázkou, jestli snížení velikosti infarktu závisí na načasování podání metadonu a na délce trvání ischemie. Potkanům aplikovali akutně různé dávky morfinu a metadonu (0,03-3 mg/kg). Zjistili, že podání metadonu a morfinu má podobný kardioprotektivní účinek a snižuje velikost infarktu u potkanů. K největší protekci u obou látek došlo v dávce 0,3 mg/kg, pokud byly podány buď 30 minut před ischemií nebo 5 minut před reperfuzí a pokud ischemie trvala maximálně 30 minut. Protekce byla zprostředkována pomocí δ OR (Gross a kol., 2009). Tato studie je však jediná publikovaná studie, zabývající se akutními kardioprotektivními účinky metadonu. O jeho působení při chronickém podávání se dosud více neví, proto jsme se tímto tématem zabývali v experimentech v této diplomové práci. 34

3. Cíle diplomové práce Morfin je již řadu let zkoumán v souvislosti s kardioprotektivními účinky na ischemický myokard. Na toto téma existuje řada publikací. Téměř nic se však neví o jiném potenciálně protektivním opioidu, metadonu. Na základě této skutečnosti jsme si dali za cíl zjistit: 1) Jak ovlivní 10ti denní podávání vysoké dávky metadonu ischemickou toleranci srdce (velikost infarktu, ischemické a reperfuzní arytmie) laboratorních potkanů a porovnat ji s účinky 10ti denního podávání morfinu. 2) Jak ovlivní dlouhodobé 28mi denní vysoké dávky metadonu ischemickou toleranci srdce (velikost infarktu, ischemické a reperfuzní arytmie) laboratorních potkanů. 35

4. Materiál a metody Naše experimenty byly prováděny ve dvou sériích. V obou případech jsme použili dospělé samce potkanů kmene Wistar, kteří měli v době dodáni hmotnost v rozmezí 250 300 g. V první sérii experimentů zvířata pocházela z chovů společnosti Velaz, v druhé sérii jsme měli k dispozici potkany pocházející z chovů FgÚ AV ČR. Důvody pro změnu původu potkanů v jednotlivých experimentálních sériích jsou vysvětleny ve výsledcích respektive diskuzi. Potkani byli ustájeni v příručním zvěřinci oddělení Vývojové kardiologie FgÚ AV ČR po 3 4 jedincích v chovných klecích a měli neomezený přístup k vodě a potravě. V místnosti byla regulována stálá teplota a vlhkost a denní režim byl upraven na 12 h světla a 12 h tmy. 4.1. Experimentální skupiny Potkani byli rozděleni do následujících skupin: Série I 10ti denní podávání opioidů Kontroly potkani dostávali denně 0,3 ml sterilního fyziologického roztoku i.m. do stehenního svalu Morfin 10 - potkani dostávali denně morfin v dávce 10 mg/kg/den (i.m.) Metadon 10 - potkani dostávali denně metadon v dávce 2 mg/kg/den (i.m.) Série II 28mi denní podávání metadonu Kontroly potkani dostávali denně 0,3 ml sterilního fyziologického roztoku (i.m.) Metadon 28 - potkani dostávali denně metadon v dávce 2 mg/kg/den (i.m.) 4.2. Metoda izolovaného perfundovaného srdce Pro naše experimenty analyzující ischemickou toleranci srdce k ischemii jsme zvolili metodu izolovaného perfundovaného srdce podle Langendorffa. Tato medota spočívá v přístupu, kdy je srdce vyjmuto z těla zvířete a samotný experiment je 36

prováděn na srdci in vitro, které není inervované, což má za následek mimo jiné zpomalení tepové frekvence. 4.2.1. Přípravná fáze pokusu Před začátkem pokusu je třeba si každý den připravit nový Krebs-Henseleitův roztok, kterým se v této metodě perfunduje myokard. Složení tohoto roztoku ukazuje tabulka č. 1. koncentrace (mmol) NaCl 118 NaHCO 3 25 glukóza 11 KCl 4,7 MgSO 4 x (7H 2 O) 1,2 KH 2 PO 4 1,2 CaCl 2 x (2H 2 O) 2,5 Tabulka č. 1: Složení Krebs-Henseleitova roztoku pro tento experiment. Pro přípravu tohoto roztoku jsme použili deionisovanou vodu. Chemikálie pocházely od firmy Penta a byly rozpuštěny v libovolném pořadí, až na CaCl 2 x (2H 2 O), který byl do roztoku přidán jako poslední, aby nedošlo k jeho vysrážení. Roztok jsme přefiltrovali přes 1.2 μm filtr (Millipore) a nechali saturovat směsí plynů 95% O 2 a 5% CO 2 po dobu 20 minut. Následně jsme upravili ph perfuzního roztoku, aby jeho výsledná hodnota byla 7,4. Hotový roztok byl nalit do zásobní nádoby Langendorffova perfuzního přístroje, kde se díky dvouplášťové konstrukci pomocí cirkulačního termostatu (Haake DC 1) ohřál na fyziologickou teplotu 37 C při kontinuálním probublávání 95% O 2 a 5% CO 2. Složení Krebs-Henseleitova roztoku je takové, aby stejně jako krev srdce vyživovalo a okysličovalo. Takto ho můžeme přibližně dalších 4-6 hod použít k experimentům. 37

Izolované srdce bylo perfundováno za konstantního průtoku 10 ml/min/g. Hmotnost srdce potkana se lineárně zvyšuje s jeho tělesnou hmotností. Podle hmotnostní tabulky č. 2 byla proto vypočítána velikost myokardu a z ní určen průtok Krebs-Henseleitova roztoku srdcem. m potkana m srdce m potkana m srdce m potkana m srdce 250 642,2 284 733,4 318 825,1 251 644,9 285 736,1 319 827,8 252 647,5 286 738,8 320 830,6 253 650,2 287 741,5 321 833,3 254 652,9 288 744,2 322 836 255 655,6 289 746,9 323 838,7 256 658,2 290 749,6 324 841,4 257 660,9 291 752,3 325 844,1 258 663,6 292 755 326 846,8 259 666,3 293 757,7 327 849,5 260 669 294 760,4 328 852,2 261 671,6 295 763,1 329 854,9 262 674,3 296 765,7 330 857,6 263 677 297 768,4 331 860,3 264 679,7 298 771,1 332 863 265 682,4 299 773,8 333 865,7 266 685,1 300 776,5 334 868,4 267 687,7 301 779,2 335 871,2 268 690,4 302 781,9 336 873,9 269 693,1 303 784,6 337 876,6 270 695,8 304 787,3 338 879,3 271 698,5 305 790 339 882 272 701,2 306 792,7 340 884,7 273 703,9 307 795,4 341 887,4 274 706,5 308 798,1 342 890,1 275 709,2 309 800,8 343 892,8 276 711,9 310 803,5 344 895,6 277 714,6 311 806,2 345 898,3 278 717,3 312 808,9 346 901 279 720 313 811,6 347 903,7 280 722,7 314 814,3 348 906,4 281 725,4 315 817 349 909,1 282 728 316 819,7 283 730,7 317 822,4 Tabulka č. 2: Hmotnostní tabulka pro výpočet hmotnosti srdce z váhy potkana. 38

4.2.2. Průběh experimentu Potkani byli intraperitonálně (i.p.) anestetizováni thiopentalem sodným (60 mg/kg, VUAB Pharma a.s.). Pokud nereagoval na štípnutí do ucha, byl položen na operační stůl, kde mu byla pod posledními žebry nastřižena břišní dutina. Poté jsme přestřihli bránici a rozstřihli hrudník kraniálně po levé i pravé straně. Následně se hrudník odklopil, srdce bylo chyceno mezi prsty a za nimi odstřiženo od velkých cév. Během co nejkratší doby bylo pověšeno za aortu na kanylu Langendorffovy aparatury a uchyceno chirurgickou svorkou. Zbytky okolních tkání byly pro lepší přehlednost odstraněny. Pod svorkou jsme aortu ke kanyle Langendorffovy aparatury upevnili hedvábnou nití a svorku posléze odejmuli. Pro měření povrchového elektrogramu byly k dispozici 2 háčkové elektrody, jednu jsme umístili do apexu myokardu a druhou do pravé síně. Polohu elektrod jsme zvolili tak, aby byl záznam dobře čitelný se snadno rozlišitelným QRS komplexem. Místem, kde srdcem vede LAD koronární artérie, jsme provlékli atraumatickou jehlu s šicí nití z hedvábí (HR 10, Chirmax) tak, abychom měli 2 konce nitě a mezi nimi oblast věnčité tepny. LAD není okem zřetelně viditelná (viz obr. č. 11), její polohu jsme předpokládali podle srdeční vény, kterou lze na povrchu myokardu spatřit a jež prochází paralelně v těsné blízkosti LAD koronární artérie. Obrázek č. 11: Obrázek koronárních artérií, které vyživují a okysličují myokard. V místě černého bodu byla provedena okluze LAD koronární artérie. 39

Později byla na oba konce nitě navlečena tenká polyetylenová trubička. Tlakem trubičky proti LAD artérii byla navozena lokální okluze a toto utažení bylo zafixováno malou chirurgickou svorkou (viz obr. č. 12). Při správně provedené okluzi se nám okamžitě zvýšil perfuzní tlak, který byl snímán vnějším tlakovým snímačem. Změna tlaku byla monitorována na obrazovce počítače, ke kterému byly připojené i snímací elektrody. K tomuto účelu byl využit počítačový program CAR, který byl vytvořen Ing. F. Papouškem v FgÚ AV ČR. Tento program nám umožnil zaznamenávat hodnoty tlaku a elektrogram z povrchu srdce pro pozdější analýzu arytmií a srdeční frekvence. Na konci ischemie byla povolena chirurgická svorka. Do koronárních artérií nám znovu začal proudit roztok a došlo tedy k reperfuzi. Tlak v aortě opět klesl, přibližně na původní hodnotu. Obrázek č. 12: Srdce pověšené za aortu na Langendorffův perfuzní přístroj ve fázi ischemie společně s elektrodami snímajícími elektrogram z povrchu srdce. 40

4.2.3. Experimentální protokol Vliv metadonu a morfinu na ischemický myokard potkana jsme analyzovali podle výskytu a závažnosti ischemických a reperfuzních komorových arytmií, a dále podle velikosti infarktu. Po vyjmutí srdce z těla zvířete a po jeho zavěšení na kanylu Langendorffova přístroje jsme jej ponechali ve 20 min stabilizaci. Aby oblast infarktu byla dobře partná, ponechali jsme srdce v ischemii po dobu 50 minut. Následovala reperfuze, která trvala 60 minut. Takto dlouhá reperfuze je nutná pro následné úspěšné stanovení velikosti infarktu myokardu pomocí tetrazoliových solí. V průběhu reperfuze dojde buď k částečné reparaci enzymů poškozených buněk a nebo je tento čas potřebný k vyčerpání kofaktorů enzymů redukujících tetrazoliové sole, které by nám jinak mohli ovlivnit výsledné barvení. Průběh pokusu znázorňuje obr. č. 13. Začátek pokusu Okluze LAD Počátek reperfuze Konec pokusu 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 Obrázek č. 13: Schéma experimentálního protokolu. V prvních 20 min bylo srdce stabilizováno, po uplynutí této doby jsme provedli podvaz LAD, ischemie trvala 50 min. V 70. min pokusu byla okluze LAD povolena, reperfuze probíhala hodinu. Ve 130. min bylo srdce z Langendorffova přístroje odebráno a nabarveno. 4.2.4. Měření EKG a krevního tlaku Elektrogram z povrchu srdce byl zaznamenáván těsně před okluzí koronární artérie, během celé 50 min ischemie, během prvních 10 min reperfuze a pak po dobu 2 min těsně před ukončením pokusu. Perfuzní tlak byl zaznamenáván po celou dobu experimentu, včetně stabilizace. 4.2.5. Stanovení velikosti infarktu Po uplynutí hodinové reperfuze jsme opět provedli okluzi LAD. Následně jsme srdce i s kanylou sejmuli z Langendorffovy aparatury. Pomocí injekční stříkačky 41

nasazené na ústí kanyly jsme ho perfundovali přibližně 2 ml 5% roztoku manganistanu draselného (Lachema), který nám obarvil tu část srdce, která byla normálně perfundována (kromě okludované infarktové oblasti). Tato oblast se díky oxidační reakci zbarvila do hněda, jelikož manganistan se v tkáni redukuje na hnědě zbarvený oxid manganičitý MnO 2 (burel). Následně jsme injekční stříkačku s KMnO 4 vyměnili za stříkačku s fyziologickým roztokem, kterým jsme srdce pomalu promývali, dokud z něj nekapala už jen čirá tekutina fyziologického roztoku. Tímto postupem jsme odstranili přebytečný KMnO 4. Srdce jsme sundali z kovové kanyly, povolili podvázání artérie a odstřihli jsme z něj obě síně a aortu tak, aby nám zbyl pouze komorový myokard. Poté jsme ho osušili filtračním papírem a v plastové Petriho misce ho uložili do mrazáku. Přibližně 1 hod stačila k tomu, aby srdce zmrzlo a dostatečně ztuhlo pro následné krájení. Po vyndání z mrazáku jsme ho nechali 2-3 min rozmrznout v pokojové teplotě a pak ho pomocí žiletky nakrájeli na 5-7 příčných řezů, přibližně 1mm silných. Do lahvičky s 10 ml 1% 2, 3, 5 - trifenyltetrazolium chlorid (TTC, Sigma, USA) ve fosfátovém pufru o ph 7,4 (0,1 g TTC + 10 ml pufru) jsme tyto řezy vložili a lahvičku jsme ponořili do kádinky s teplou vodou, aby se nám řezy srdce v roztoku s TTC zahřály na 37 C, teplotu nutnou pro ideální fungování enzymatických reakcí (Speechly-Dick a kol., 1994). 10 ml pufru o ph 7,4 jsme připravili smícháním 7,75 ml 0,1 M roztoku Na 2 HPO 4 (3,58 g Na 2 HPO 4 /100 ml v deionizované vodě, Penta) a 2,25 ml 0,1 M roztoku NaH 2 PO 4 (1,56 g NaH 2 PO 4 /100 ml v deionisované vodě, Penta). Roztok TTC ve fosfátovém pufru nám označil živé buňky, zatímco mrtvé nekrotické buňky zůstaly neobarvené. Tato metoda je založena na redukci tetrazoliové soli pomocí buněčných dehydrogenáz. Jejich vlivem dojde k otevření heterocyklické struktury tetrazolia, čímž vznikne nerozpustný barevný produkt formazán. K této redukci je nutná přítomnost koenzymů NADH, flavoproteinů. Během ischemie a reperfuze jejich koncentrace prudce klesá. Díky této skutečnosti nám nemůže vzniknout barevný formazán v nekrotickém ložisku, červeně se nám tedy obarví pouze tkáň, která ischemii odolala. Tetrazoliových solí existuje více druhů, nejčastěji se objevuje i námi používaný TTC, který vytváří již zmíněný jasně karmínově červený formazán. 42

Za 30 minut jsme obsah lahviček s TTC vylili a nahradili jsme ho vodným roztokem 10 % neutrálního formaldehydu. Lahvičky jsme uložili na 2-3 dny do lednice. Po uplynutí této doby jsme z řezů odstřihli pravou komoru a rozložili jsme je do Petriho misky s formaldehydem. Misku jsme osvětlily laboratorní lampou a z obou stran nafotili digitálním fotoaparátem s makroobjektivem (Nikon). Z fotografií jsme později v počítačovém programu Ellipse stanovili velikost infarktu. 4.2.6. Vyhodnocení experimentálně získaných dat 4.2.6.1. Vyhodnocení ischemických a reperfuzních arytmií Komorové arytmie jsme sledovali během celé 50 min ischemie a v prvních 10 min reperfuze. V případě, že se arytmie objevily ještě před okluzí LAD, vyřadili jsme toto zvíře z pokusu. Podle EKG záznamu jsme hodnotili těchto 5 typů komorových arytmií (viz obr. č. 14): a) singly (S) - jednoduché předčasné komorové stahy b) doublets (D) - dvojité předčasné komorové stahy, tj. dva po sobě následující c) triplets (T) - trojité předčasné komorové stahy, tj. tři těsně po sobě následující d) komorové tachykardie (VT) - sled minimálně čtyř po sobě jdoucích předčasných komorových stahů e) komorové fibrilace (VF) - heterogenní, rychlá a nekoordinovaná elektrická aktivita myokardu. Dvojité a trojité předčasné komorové stahy (D + S) byly souhrnně označeny jako salvy. 43

Obrázek č. 14: EKG záznam bez arytmií i s arytmiemi: a) normální srdeční rytmus b) jednoduché (S), dvojité (D) a trojité (T) předčasné komorové stahy c) komorové tachykardie (VT) d) komorové fibrilace (VF). V průběhu experimentu se záznamy elektrogramu z povrchu srdce jednotlivých zvířat ukládaly do počítače, abychom je mohli později vyhodnotit. Pro hodnocení jsme použili program CAAV, který byl vytvořen na Oddělení vývojové kardiologie na FgÚ AV ČR. Postupně jsme prošli celý záznam pokusu a určili jednotlivé typy komorových arytmií. Způsob hodnocení ischemických a reperfuzních arytmií byl proveden v souladu s Lambethskou konvencí z roku 1988 (Walker a kol., 1988). Finálním výsledkem hodnocení ischemických a reperfuzních arytmií byla 44

tabulka, vytvořená programem, která nám dala informace o výskytu a závažnosti arytmií v jednotlivých minutách experimentu a o jejich celkovém počtu. Podle Curtise a Hearse (1989) jsme v závislosti na výskytu jednotlivých typů ischemických a reperfuzních arytmií ke každému pokusu přiřadili hodnotu skóre ischemických respektive reperfuzních arytmií (viz tabulka č. 3). Typ arytmií Skóre bez předčasných komorových stahů 0 jednoduché předčasné komorové stahy (S) 1 dvojité (D) a trojité (T) předčasné komorové stahy 2 komorové tachykardie (VT) 3 dočasné komorové fibrilace (VF), < 2 min 4 trvalé komorové fibrilace, > 2 min 5 Tabulka č. 3: Skóre - bodové hodnocení arytmií (upraveno podle Curtis a Hearse, 1989) 4.2.6.2. Hodnocení velikosti infarktu Velikost infarktu jsme analyzovali z příčných řezů srdcí. Vyfotografovali jsme všech 5-7 řezů najednou, z apikální i bazální strany. Fotografie jsme vložili do počítače, kde jsme je pomocí programu Adobe Photoshop 7.0 doostřili a postupně jsme každý řez vyřízli z fotografie tak, abychom měli 5-7 samostatných řezů - souborů. Perfuze manganistanem draselným a následné obarvení v roztoku TTC nám způsobilo barevné rozlišení jednotlivých oblastí řezu myokardem (viz obr. č. 15): a) hnědá plocha - oblast srdce, která byla při okluzi LAD koronární artérie normálně perfundovaná, nebyla zasažena ischemií a následně byla obarvena manganistanem 45

b) červená plocha - oblast, která nebyla v důsledku podvázání LAD perfundována, ale ischemii přežila (proto se obarvila působením TTC) c) béžová až bílá plocha - oblast, která nebyla v důsledku podvázání LAD perfundována a ischemii nepřežila (TTC negativní), nekrotická tkáň. TTC negativní nekrotická oblast TTC pozitivní oblast perfundovaná tkáň Obrázek č. 15: Fotografie příčného řezu potkaním myokardem. Hnědá oblast - normálně perfundovaná tkáň, obarvena KMnO 4. Červená oblast - podvázaná část myokardu, která odolala ischemicko-reperfuznímu poškození, obarvena TTC. Béžová až bílá oblast - podvázaná část myokardu, která poškození neodolala, nekrotická tkáň. Barevné odlišení jednotlivých částí řezu jsme využili v počítačovém programu Ellipse, kde jsme pomocí planimetrické metody zjistili poměrné zastoupení jednotlivých ploch vůči celému řezu. Vytvořili jsme tři sítě bodů (40 x 40 bodů), které jsme postupně aplikovali na všechny srdeční řezy. V první síti jsme označili všechny body, ležící v řezu. Tímto jsme zjistili celkovou plochu levé komory LV. V druhé síti jsme označili všechny body ležící pouze v hnědé, tudíž infarktem nezasažené, oblasti. Odečtením této normálně perfundované oblasti od celkové plochy levé komory LV dostaneme velikost oblasti zasažené ischemií AR. Ve třetí síti jsme 46